计算机网络(第5版)课后习题答案：第3章-数据链路层

计算机网络(第5版)课后习题答案：第3章-数据链路层第三章数据链路层3-01 数据链路(即逻辑链路)与链路(即物理链路)有何区别? “电路接通了”与”数据链路接通了”的区别何在?答：数据链路与链路的区别在于数据链路除链路外，还必须有一些必要的规程来控制数据的传输，因此，数据链路比链路多了实现通信规程所需要的硬件和软件。

“电路接通了”表示链路两端的结点交换机已经开机，物理连接已经能够传送比特流了。

在物理连接基础上，再建立数据链路连接，才是“数据链路接通了”，此后，由于数据链路连接具有差错检测功能，才使不太可靠的物理链路变成无差错的数据链路，进行无差错的数据传输。

当数据链路断开连接时，物理电路连接不一定跟着断开连接。

3-02 数据链路层中的链路控制包括哪些功能?试讨论数据链路层做成可靠的链路层有哪些优点和缺点.答：功能：链路管理、帧定界、透明传输、差错控制。

可靠的链路层的优点和缺点取决于所应用的环境：对于干扰严重的信道，可靠的链路层可以将重传范围约束在局部链路，防止全网络的传输效率受损；对于优质信道，采用可靠的链路层会增大资源开销，影响传输效率。

3-03 网络适配器的作用是什么?网络适配器工作在哪一层?答：网络适配器（即网卡）是用来实现数据链路层和物理层这两层协议的硬件和软件。

网络适配器工作在TCP/IP协议中的网络接口层（OSI中的数据链里层和物理层）。

3-04 数据链路层的三个基本问题(帧定界、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？答：帧定界是分组交换的必然要求；透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆；差错检测防止有差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源。

3-05 如果在数据链路层不进行帧定界，会发生什么问题？答：无法区分分组与分组，无法确定分组的控制域和数据域，无法将差错更正的范围限定在确切的局部。

3-06 PPP协议的主要特点是什么？为什么PPP 不使用帧的编号？PPP适用于什么情况？为什么PPP协议不能使数据链路层实现可靠传输？答：简单，提供不可靠的数据报服务；检错，无纠错不使用序号和确认机制。

地址字段A 只置为0xFF，地址字段实际上并不起作用。

控制字段 C 通常置为0x03。

PPP 是面向字节的：当PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成比特填充（和HDLC 的做法一样），当PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法。

PPP适用于线路质量不太差的情况下、PPP没有编号和确认机制。

3-07 要发送的数据为1101011011。

采用CRC的生成多项式是P（X）=X4+X+1。

试求应添加在数据后面的余数。

数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？采用CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？答：作二进制除法，11010110110000/10011 得余数1110 ，添加的帧检验序列是1110。

作二进制除法，两种错误均可发现。

仅仅采用了CRC检验，缺重传机制，数据链路层的传输还不是可靠的传输。

3-08 要发送的数据为101110。

采用CRC 生成多项式是P（X）=X3+1。

试求应添加在数据后面的余数。

答：作二进制除法，101110000/1001得余数011 ，添加的帧检验序列是011。

3-09 一个PPP帧的数据部分（用十六进制写出）是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。

试问真正的数据是什么（用十六进制写出）？答：7D 5E FE 27 7D 5D7D 5D 65 7D 5E的数据部分是：7E FE 27 7D 7D 65 7E3-10 PPP协议使用同步传输技术传送比特串0110111111111100。

试问经过零比特填充后变成怎样的比特串？若接收端收到的PPP帧的数据部分是0001110111110111110110，问删除发送端加入的零比特后变成怎样的比特串？答：0110111111111100→011011111011111000；0001110111110111110110→000111011111111111103-11 试分别讨论一下各种情况在什么条件下是透明传输，在什么条件下不是透明传输。

（提示：请弄清什么是“透明传输”，然后考虑能否满足其条件。

）（1）普通的电话通信。

答：拨号建立的链路对于通话者来说是透明传输。

（2）电信局提供的公用电报通信。

答：电信局的电报通信链路对于用户来说是透明传输。

（3）因特网提供的电子邮件服务。

答：电子邮件传输链路对于用户来说是透明传输。

3-12 PPP协议的工作状态有哪几种？当用户要使用PPP协议和ISP建立连接进行通信需要建立哪几种连接？每一种连接解决什么问题？答：PPP协议的工作状态有：链路静止、链路建立、鉴别、网络层协议、链路打开、链路终止状态。

使用PPP协议和ISP建立连接进行通信需要建立的连接有：物理链路建立，其目的是建立链路层的LCP连接；LCP链路建立，LCP开始协商一些配置选项，即发送LCP的配置请求帧，如最大帧长、鉴别协议等；逻辑链路建立，先进行身份鉴别，成功后进入网络层协议状态，PPP两端的网络控制协议NCP根据网络层的不同协议互相交换网络层特定的网络控制分组，如IP控制协议分配IP地址，之后就可以进行数据传输了。

3-13 局域网的主要特点是什么？为什么局域网采用广播通信方式而广域网不采用呢？答：局域网LAN是指在较小的地理范围内，将有限的通信设备互联起来的计算机通信网络。

从功能的角度来看，局域网具有以下几个特点：（1）共享传输信道，在局域网中，多个系统连接到一个共享的通信媒体上。

（2）地理范围有限，用户个数有限。

通常局域网仅为一个单位服务，只在一个相对独立的局部范围内连网，如一座楼或集中的建筑群内，一般来说，局域网的覆盖范围约为10m~10km内或更大一些。

从网络的体系结构和传输检测提醒来看，局域网也有自己的特点：（1）低层协议简单。

（2）不单独设立网络层，局域网的体系结构仅相当于相当与OSI的最低两层。

（3）采用两种媒体访问控制技术。

由于采用共享广播信道，而信道又可用不同的传输媒体，所以局域网面对的问题是多源、多目的的连接，由此引发出多种媒体访问控制技术。

在局域网中各站通常共享通信媒体，采用广播通信方式是合适的。

广域网通常采用站点间直接构成格状网。

3-14 常用的局域网的网络拓扑有哪些种类？现在最流行的是哪种结构？为什么早期的以太网选择总线拓扑结构而不是星形拓扑结构，但现在却改为使用星形拓扑结构？答：星形网、总线网、环形网、树形网。

现在最流行的网络拓扑是星形拓扑结构。

当时很可靠的星形拓扑结构较贵，人们都认为无源的总线结构更加可靠，但实践证明，连接有大量站点的总线式以太网很容易出现故障，而现在专用ASIC芯片的使用可以使星形结构的集线器做的非常可靠，因此现在的以太网一般都使用星形结构的拓扑。

3-15 什么叫做传统以太网？以太网有哪两个主要标准？答：传统以太网是指DIX Ethernet V2 标准的局域网。

以太网的两个主要标准：DIX Ethernet V2 标准与IEEE 802.3 标准。

3-16 数据率为10Mb/s的以太网在物理媒体上的码元传输速率是多少码元/秒？答：码元传输速率即为波特率，以太网使用曼彻斯特编码，这就意味着发送的每一位都有两个信号周期。

标准以太网的数据速率是10Mb/s，因此波特率是数据率的两倍，即20M码元/秒。

3-17 为什么LLC子层的标准已制定出来了但现在却很少使用？答：由于TCP/IP 体系经常使用的局域网是DIX Ethernet V2 而不是IEEE 802.3 标准中的局域网，因此现在IEEE 802 委员会制定的逻辑链路控制子层LLC（即802.2 标准）的作用已经不大了。

3-18 试说明10BASE-T中的“10”、“BASE”和“T”所代表的意思。

答：10BASE-T中的“10”表示10Mb/s的数据率，“BASE”表示连接线上的信号是基带信号，“T”代表双绞线，但10BASE-T的通信距离稍短，每个站到集线器的距离不超过100m。

3-19 以太网使用的CSMA/CD协议是以争用方式接入到共享信道。

这与传统的时分复用TDM 相比优缺点如何？答：传统的时分复用TDM是静态时隙分配，高负荷时信道利用率高，低负荷或负荷不均匀时资源浪费较大；CSMA/CD可动态使用空闲新到资源，低负荷时信道利用率高，但控制复杂，高负荷时信道冲突大。

3-20 假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/s。

设信号在网络上的传播速率为200000km/s。

求能够使用此协议的最短帧长。

答：对于1km电缆，单程传播时间为1/200000=5微秒，来回路程传播时间为10微秒，为了能够按照CSMA/CD工作，最小帧的发射时间不能小于10微秒。

以Gb/s速率工作，10微秒可以发送的比特数等于10*10-6*109=10000。

因此，最短帧是10000位或1250字节长。

3-21 什么叫做比特时间？使用这种时间单位有什么好处？100比特时间是多少微秒？答：比特时间是发送一比特多需的时间，它是数据传输速率的倒数。

好处是便于建立信息长度与发送延迟的关系。

“比特时间”换算成“微秒”必须先知道数据率是多少，如数据率是10Mb/s，则100比特时间等于10微秒。

3-22 假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞，执行退避算法时选择了随机数r=100。

试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据？如果是100Mb/s的以太网呢？答：对于10Mb/s的以太网，以太网把争用期定为51.2微秒，要退后100个争用期，等待时间是51.2（微秒）*100=5.12ms；对于100Mb/s的以太网，以太网把争用期定为5.12微秒，要退后100个争用期，等待时间是5.12（微秒）*100=512微秒。

3-23 公式（3-3）表示，以太网的极限信道利用率与连接在以太网上的站点数无关。

能否由此推论出：以太网的利用率也与连接在以太网的站点数无关？请说明你的理由。

答：实际的以太网各站点发送数据的时刻是随即的，而以太网的极限信道利用率的得出是假定以太网使用了特殊的调度方法（已经不再是CSMA/CD了），使各结点的发送不发生碰撞。

因此，不能由此推论出：以太网的利用率也与连接在以太网的站点数无关。

3-24 假定站点A和B在同一个10Mb/s以太网网段上。

这两个站点之间的传播时延为225比特时间。

现假定A开始发送一帧，并且在A发送结束之前B也发送一帧。

如果A发送的是以太网所容许的最短的帧，那么A在检测到和B发生碰撞之前能否把自己的数据发送完毕？换言之，如果A在发送完毕之前并没有检测到碰撞，那么能否肯定A所发送的帧不会和B发送的帧发生碰撞？（提示：在计算时应当考虑到每一个以太网帧在发送到信道上时，在MAC帧前面还要增加若干字节的前同步码和帧定界符）。